JP4039834B2 - エッチング方法及びエッチング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子の製造等の微細加工に好適なエッチング方法及びエッチング装置に係り、特にプラズマ中に生成した正イオン又は負イオンを中性化した中性粒子ビームを用いて被処理物を加工するエッチング方法及びエッチング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路やマイクロマシーンなどの分野において、その加工パターンが著しく微細化され、高精度の加工が要求される。また、高アスペクト比の加工が要求される。かかる分野の加工においては、プラズマを用いたエッチング装置が広く採用されている。
【０００３】
このようなプラズマを用いたエッチング装置としては、正イオン、ラジカル粒子等を生成するＲＩＥ装置（リアクティブイオンエッチング装置）が知られている。このような正イオン、ラジカル粒子等を被処理物に照射することで、被処理物をエッチングすることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＲＩＥ装置を用いたエッチング加工における最大の問題は、高精度と高選択比を両立できないこととチャージアップによるエッチング形状異常である。ここで、選択比とは、エッチングにおいて、マスクや下地材料に対する被加工物のエッチング深さの比率をいう。即ち、被加工物がｘ（μｍ）削られるとき、被加工物を保護しているマスクがｙ（μｍ）削られる場合には、選択比ｓは、
ｓ＝ｘ／ｙ
で表される。この選択比が大きい程、マスクの損傷が少ないので、高アスペクト比のエッチングが可能となる。しかし、一般に選択比を高めるために、マスクや下地材料には堆積するが、被加工物をエッチングするようなガスの組合せが選択され、また、ラジカルが堆積して側壁保護膜も形成される。過剰に側壁保護膜が形成されると加工形状がテーパ状になり、寸法精度が劣化してしまう。ガスとしてＣｌ２にＯ２を添加したときのＳｉ／ＳｉＯ２の選択比は、せいぜい１００程度となっており、他の材料に比べると高い組合せであるが、０．１μｍ以下のデバイスでは３００以上の選択の高選択比、高精度化が要望されている。特に、下地ゲート酸化膜に対する高選択比と素子分離段差部での無残渣を同時に達成することが今後の課題とされている。
【０００５】
また、エッチング形状異常は、電子と正イオンの挙動の違いにより生じる。つまり、ノッチングは、微細なラインとスペースパターンのストライプの外面に面したラインの内側に発生する。低エネルギーのイオンでエッチングする際、微細パターン内部では、電子は基板の負のセルフバイアス電位で減速され、レジスト付近に捕捉されるが、イオンは加速されて下地の酸化膜まで達し、正にチャージアップする。一方、外周囲は電子もイオンも等量が入ってくるので中和されている。このため、微細パターンの内部と外部との間に電位差が発生し、イオンの軌道が曲がるためにノッチングが生じる。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、被処理物にチャージアップやエッチング形状異常を与えることなく、微細パターンに対して高精度の加工と高選択比の加工とを両立することができるエッチング方法及びエッチング装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような従来技術における問題点を解決するために、本発明の一態様は、ビーム生成室および処理室を有する真空チャンバと、上記処理室内に配置された被処理物を保持する保持部と、上記処理室の圧力を所定の値に維持するための真空ポンプと、高周波電源を備えたプラズマ生成部と、上記ビーム生成室内にプラズマを生成するためのガスを導入するガス導入ポートと、上記ビーム生成室と上記処理室との間に配置され、第１の直流電源に接続され、かつオリフィスが形成されたオリフィス電極と、上記ビーム生成室内に上記オリフィス電極に対して上流側に配置され、第２の直流電源に接続される電極と、を備えたエッチング装置を用いる被処理物のエッチング方法であって、上記真空ポンプを作動させて上記真空チャンバ内を真空排気する工程と、上記ガスを上記ガス導入ポートから上記ビーム生成室内に導入する工程と、上記高周波電源により高周波電界の印加と印加の停止を交互に繰り返すことで上記ビーム生成室内に負イオンを含むプラズマを生成する工程と、上記オリフィス電極と上記上流側に配置された電極に、上記第１の直流電源及び上記第２の直流電源により電圧をそれぞれ印加し、上記プラズマ中の上記負イオンを該オリフィス電極に向けて加速する工程と、上記負イオンが上記オリフィス電極のオリフィスを通過することで中性化されると共にコリメートされ、コリメートされた中性粒子ビームを生成する工程と、上記中性粒子ビームを上記被処理物に照射し被処理物をエッチングする工程とを有し、上記オリフィス電極と上記上流側に配置された電極にそれぞれ印加された電圧の電位差により、上記生成された中性粒子ビームのエネルギーを１０ｅＶ以上５０ｅＶ以下にすることを特徴とするエッチング方法である。
【０００８】
本発明によれば、電荷を持たず大きな並進運動エネルギーを持つコリメートされた中性粒子ビームによって被処理物を加工することが可能となるので、チャージアップ量を小さく保ちつつ高精度のエッチングが可能となる。また、このコリメートされた中性粒子ビームが被処理物に照射されるため、被処理物の表面に側壁保護膜が形成されない場合であっても、高精度の加工を実現することができる。更に、５０ｅＶ以下の低エネルギーの中性粒子ビームでは、レジストはほとんどスパッタされないため、高選択比の加工を実現することができる。ここで、ＲＩＥにおいて低エネルギーのイオンビームを照射して被処理物の加工を行った場合には、局所的なエッチング形状の異常であるノッチングが生じることがあるが、中性粒子ビームを用いるため、ノッチングの問題が生じることなく、高アスペクト比の加工を行うことが可能となる。このように、本発明によれば、微細パターンに対して高精度の加工と高選択比の加工とを両立することが可能となる。
【０００９】
ここで、上記中性粒子ビームのエネルギーを１０ｅＶ以上５０ｅＶ以下にすることが好ましい。このように低エネルギーの中性粒子ビームを用いることにより、高選択比の加工を実現することができる。例えば、Ｓｉエッチングを行う場合には、中性粒子ビームのエネルギーを５０ｅＶ以下とすることにより、ＳｉとＳｉＯ２のスパッタリング収率の比が増大して、選択比を高めることができる。
【００１０】
また、本発明の好ましい一態様は、負イオンを中性化することにより上記中性粒子ビームを生成することを特徴としている。この場合において、負イオン生成は、例えば、パルス変調プラズマを利用することで実現できる。
【００１１】
一般に、完全な中性粒子ビームを生成することは難しく、残留イオンビームが残る。ディフレクタでイオンを除去することはできるが、ビーム源と基板との間の距離が長くなり、また装置も複雑になる。正イオンが基板に照射されると基板はチャージアップするが、負イオンは正イオンの照射と比較して被処理物表面のチャージアップ電圧が低いことが知られている。従って、負イオンであれば残留イオンがあってもチャージアップ電圧は低い。よって、負イオンのみを選択的に引き出し中性化して、上記被処理物に照射することで、半導体素子の製造等の微細加工において、よりチャージアップダメージの少ない加工が可能となる。
【００１２】
また、本発明の好ましい一態様は、上記中性粒子ビームがフッ素原子又は塩素原子であることを特徴としている。従来のエッチング方法では、例えば、ＳＦ６などのフッ素に解離するガスを用いた場合には、フッ素がＳｉと熱励起で自発的に反応するため、等方的にエッチングが進み、加工精度が低くなるという問題がある。しかしながら、本発明によれば、コリメートされた中性粒子ビームを用いているので、フッ素の中性粒子ビームを用いた場合にも、ビームが側壁に衝突しにくく、側壁がエッチングされることを防止でき、反応性の高いガスを用いてエッチレートを高めることができる。また、上述したように、側壁保護膜がなくても高精度のエッチングが可能であるので、上記ガスは側壁保護膜を形成するための添加ガスを含む必要がない。
【００１３】
更に、本発明の好ましい一態様は、上記中性粒子ビームを生成するビーム生成室と上記被処理物が配置される処理室とを仕切り、上記処理室の圧力を上記ビーム生成室の圧力よりも低圧にすることを特徴としている。この場合において、上記処理室の圧力を０．１Ｐａ以下とすることが好ましい。
【００１４】
被処理物が配置される処理室の圧力を低くすることができれば、残留ガスやラジカルが基板に入射する確率が減り、コリメートされたビームで加工できるので、堆積膜の量が少なくなり高精度の加工を実現することが可能となるが、プラズマを生成するためには、低圧で放電できるＩＣＰ方式でも１Ｐａ程度の圧力が必要とされる。従って、上述のように、中性粒子ビームを生成するビーム生成室と被処理物が配置される処理室とを仕切ることで、処理室の圧力を低圧にして高精度の加工を実現することができる。
【００１５】
また、本発明の好ましい一態様は、オリフィスが形成されたオリフィス板を介して上記コリメートされた中性粒子ビームを生成することを特徴としている。
【００１６】
このように、オリフィスが形成されたオリフィス板を用いることによって、中性粒子ビームをコリメートすると同時にビーム生成室と上記処理室とを仕切ることが可能となる。また、生成されたプラズマと被処理物とは、このオリフィス板によって遮断されるので、プラズマから発生する放射光は被処理物に照射されず、被処理物に損傷を与えるような紫外線などの被処理物への影響を低減することができる。
【００１７】
ここで、上記オリフィスと上記被処理物との間の距離を２ｍｍ以上５０ｍｍ以下とすることが好ましい。このようにすると、０．１Ｐａ程度の圧力領域では、ビームの衝突がほとんど起きないため、被処理物に照射される中性粒子ビームの数が多くなり、またエッチレートを高めることができる。
【００１８】
より具体的には、オリフィス電極と被処理物との間の距離を２ｍｍ以下に近づけると、被処理物が均一にエッチングされず、オリフィス電極のオリフィスの真下に位置する領域では深くエッチングされ、オリフィス間に位置する領域ではほとんどエッチングされない。図４は、オリフィス電極の断面図であるが、実際の典型的なオリフィス電極の形状としては、オリフィス径ｄ＝１ｍｍ、オリフィス長Ｌ＝１０ｍｍ、ピッチｐ＝１．４ｍｍである。このようなオリフィス電極におけるビーム発散角θはｔａｎθ＝ｄ／Ｌであり、オリフィス電極と被処理物との間の距離が図４に示す距離ａより小さいと、ビームが照射されない領域が存在することとなる。ここで、距離ａは以下の式で表すことができる。
【数１】
従って、オリフィス電極と被処理物との間の距離を２ｍｍよりも小さくすると、被処理物が均一にエッチングされないこととなり、上記距離を２ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００１９】
一方、オリフィス電極と被処理物との間の距離を大きくしすぎると、ビームが衝突する確率が増える。平均自由行程λとすると、少なくとも距離ｘまでは他の分子に衝突することなく飛んでいく確率ｐ（ｘ）は、
ｐ（ｘ）＝ｅｘｐ（−ｘ／λ）
で表される。典型的なエッチング条件においては、加工室の圧力が０．１Ｐａであり、ビームの平均自由行程λは、λ＝５０×√２＝７０ｍｍとなる。従って、ｘ＝５０ｍｍとした場合には、ｐ（５０）＝４８．９％となり、約半数のビームが衝突してエネルギーと方向性を失ってしまう。このため、オリフィスと被処理物との間の距離を５０ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００２０】
また、本発明の他の一態様は、ビーム生成室および処理室を有する真空チャンバと、上記処理室内に配置された被処理物を保持する保持部と、上記処理室の圧力を所定の値に維持するための真空ポンプと、高周波電源を備え、高周波電界の印加と印加の停止を交互に繰り返すことで上記ビーム生成室内に負イオンを含むプラズマを生成するプラズマ生成部と、上記ビーム生成室内にプラズマを生成するためのガスを導入するガス導入ポートと、上記ビーム生成室と上記処理室との間に配置されたオリフィス電極と、上記ビーム生成室内に上記オリフィス電極に対して上流側に配置された電極と、上記オリフィス電極に接続された第１の直流電源と、上記上流側に配置された電極に接続された第２の直流電源とを備え、上記第１の直流電源及び上記第２の直流電源は、上記オリフィス電極と上記上流側に配置された電極との間に電圧を印加することで、上記プラズマ生成部により生成されたプラズマから上記負イオンを加速し、上記加速された負イオンを上記オリフィスを通過させることで該オリフィスにより中性化すると共にコリメートされた中性粒子ビームを生成し、かつ上記オリフィス電極と上記上流側に配置された電極にそれぞれ印加された電圧の電位差により、上記中性粒子ビームのエネルギーを１０ｅＶ以上５０ｅＶ以下にしたことを特徴とするエッチング装置である。
【００２１】
更に、本発明の好ましい一態様は、上記オリフィス電極と上記被処理物との間の距離を２ｍｍ以上５０ｍｍ以下にしたことを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るエッチング装置の一実施形態について図１及び図２を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態におけるエッチング装置の全体構成を示す図である。
【００２３】
図１に示すように、エッチング装置は、中性粒子ビームを生成するビーム生成室１と、半導体基板、ガラス、有機物、セラミックなどの被処理物Ｘが配置される処理室２とを有する円筒状の真空チャンバ３を備えている。この真空チャンバ３は、ビーム生成室１側が石英ガラス又はセラミックなどにより構成され、処理室２側が金属製のメタルチャンバなどにより構成されている。
【００２４】
ビーム生成室１の外周には誘導結合型のコイル１０が配置されている。このコイル１０は、例えば水冷パイプのコイルであり、８ｍｍφ程度の外径を有するコイルが２ターン程度ビーム生成室１に巻回されている。このコイル１０は高周波電源２０に接続されており、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波電圧がコイル１０に印加される。これらのコイル１０と高周波電源２０とによってプラズマ生成部が構成されている。コイル１０に高周波電流を流すことで誘導磁場を生じさせ、磁界の時間変化が電界を誘導し、その電界で電子が加速されてプラズマ３０が生成される。
【００２５】
ビーム生成室１の上部には、ガスを導入するガス導入ポート１１が設けられており、このガス導入ポート１１はガス供給配管１２を介してガス供給源１３に接続されている。このガス供給源１３からはＳＦ６，ＣＨＦ３，ＣＦ４，Ｃｌ２，Ａｒ，Ｏ２，Ｎ２，Ｃ４Ｆ８等などのガスが真空チャンバ３内に供給される。
【００２６】
処理室２には、被処理物Ｘを保持する保持部２１が配置されており、この保持部２１の上面に被処理物Ｘが載置されている。処理室２にはガスを排出するためのガス排出ポート２２が設けられており、このガス排出ポート２２はガス排出配管２３を介して真空ポンプ２４に接続されている。この真空ポンプ２４によって処理室２は所定の圧力に維持される。
【００２７】
ビーム生成室１の下端には、グラファイトなどの導電体で形成されたオリフィス板（オリフィス電極）４が配置されており、このオリフィス電極４は直流電源２５に接続されている。図２（ａ）は、オリフィス電極４の斜視図、図２（ｂ）は部分縦断面図である。図２（ａ）に示すように、オリフィス電極４には多数のオリフィス４ａが形成されている。典型的なオリフィス電極４は、オリフィス径１ｍｍ、オリフィス長１０ｍｍ、ピッチ１．４ｍｍ間隔で多数のオリフィス４ａを配列している。このように、オリフィス電極４によってビーム生成室１と処理室２とを仕切ることができるので、真空ポンプ２４によって処理室２の圧力をビーム生成室１の圧力よりも低くすることが可能となる。
【００２８】
また、ビーム生成室１の上端には、同様に導電体で形成された薄板グリッド状のグリッド電極５が配置されている。このグリッド電極５は直流電源２６に接続されている。なお、グリッド電極５はメッシュ網やパンチングメタルなどであってもよく、あるいは穴のない金属板であってもよい。上述した直流電源２５と直流電源２６とによって、オリフィス電極４とグリッド電極５との間に電圧を印加する電圧印加部が構成されている。
【００２９】
次に、本実施形態におけるエッチング装置の動作について説明する。
まず、真空ポンプ２４を作動させることにより、真空チャンバ３内を真空排気した後に、ガス供給源１３からＳＦ６，ＣＨＦ３，ＣＦ４，Ｃｌ２，Ａｒ，Ｏ２，Ｎ２，Ｃ４Ｆ８等などのガスをビーム生成室１の内部に導入する。そして、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を高周波電源２０によって５０μ秒間コイル１０に印加する。この高周波電圧の印加によってビーム生成室１内には高周波電界が形成される。真空チャンバ３内に導入されたガスは、この高周波電界によって加速された電子により電離され、ビーム生成室１内に高密度プラズマ３０が生成される。このときに形成されるプラズマ３０は、主として正イオンと加熱された電子とからなるプラズマである。
【００３０】
そして、高周波電源２０による高周波電圧の印加を５０μ秒間停止する。高周波電源２０による高周波電圧の印加の停止後は、再び高周波電源２０による５０μ秒間の高周波電圧の印加によってビーム生成室１内においてプラズマ中の電子が加熱され、上述したサイクルが繰り返される。即ち、高周波電界の印加（５０μ秒間）と印加の停止（５０μ秒間）を交互に繰り返す。この高周波電界の印加停止時間（５０μ秒間）は、プラズマ３０中の電子が残留している処理ガスに付着して負イオンが生成されるのに要する時間よりも十分に長く、且つプラズマ３０中の電子密度が低下してプラズマが消滅するよりも十分に短い時間である。高周波電界の印加時間（５０μ秒間）は、この高周波電界の印加を停止している間に低下したプラズマ３０中の電子のエネルギーを回復させるのに十分な時間である。
【００３１】
このプラズマ３０中の電子のエネルギーを高めた後の高周波電界の印加停止により、負イオンを効率よく且つ継続して生成することができる。即ち、通常のプラズマは正イオンと電子とからなる場合が多いが、正イオンと共に負イオンが共存した状態のプラズマを効率的に形成することができる。なお、ここでは、高周波電界の印加停止時間を５０μ秒に設定する例について述べたが、５０μ秒乃至１００μ秒に設定することで、プラズマ中に正イオンのみならず負イオンを多量に生成することができる。
【００３２】
ここで、直流電源２５により−５０Ｖの電圧をオリフィス板４に印加すると共に、直流電源２６により−１００Ｖの電圧をグリッド電極５に印加する。これによって、オリフィス電極４とグリッド電極５との間に、オリフィス電極４を陽極、グリッド電極５を陰極とした電位差が生じる。従って、ビーム生成室１内の負イオン６（図２（ｂ）参照）は、この電位差によってオリフィス電極４に向けて加速され、オリフィス電極４に形成されたオリフィス４ａに入っていく。このとき、オリフィス電極４のオリフィス４ａの内部を通過する負イオンは、主として、オリフィス４ａの周壁の固体表面近傍において中性化され、あるいは、オリフィス４ａの内部に残留しているガスとの電荷交換によって中性化され、中性粒子７となる。
【００３３】
このようにして、オリフィス４ａの通過中に中性化された負イオン（中性粒子）は、エネルギービームとして処理室２の内部に放射される。この中性粒子７は、処理室２の内部を直進して保持部２１に載置された被処理物Ｘに照射され、この中性粒子７によってエッチングを行うことが可能となる。
【００３４】
この場合において、オリフィス電極を用いることによって、イオンを中性化することができるだけではなく、中性粒子ビームをコリメートすることができ、更にビーム生成室１と処理室２とを仕切ることが可能となる。中性粒子ビームをコリメートすることで、高精度の加工を実現することができる。また、ビーム生成室１と処理室２とを仕切ることで、処理室２の圧力をビーム生成室１の圧力よりも低圧にして高精度の加工を実現することができる。また、プラズマから発生する放射光が被処理物に照射されるのを防止することもできる。即ち、プラズマが生成されるビーム生成室１と被処理物Ｘとはオリフィス電極４によって遮断されているので、プラズマから発生する放射光は被処理物Ｘに照射されず、被処理物Ｘに損傷を与えるような紫外線などの被処理物Ｘへの影響を低減することができる。
【００３５】
なお、一部の荷電粒子もオリフィス電極４のオリフィス４ａを通過する場合があるが、このような荷電粒子が被処理物Ｘに照射されることを防止するために、オリフィス電極４の下流側にディフレクタや電子トラップを設けることとしてもよい。ディフレクタは、ビーム進行方向と垂直に電圧を印加することによって荷電粒子の進行方向を変化させて、荷電粒子の被処理物Ｘへの照射を防止するものである。また、電子トラップは、ビーム進行方向と垂直に１００ガウス程度の磁界を形成することによって電子の進行方向を変化させて、電子の被処理物Ｘへの照射を防止するものである。
【００３６】
ガラスやセラミック材料等の絶縁物の加工に際しては、表面にチャージアップという問題が生じるが、このように中性化された中性粒子を照射することによりチャージアップ量を小さく保ちながら、高精度のエッチングや成膜加工が可能となる。なお、被処理物の処理の内容に応じてガスの種類を使い分ければよく、ドライエッチングでは被処理物の違いに応じて酸素やハロゲンガスなどを使い分けることができる。
【００３７】
なお、上述した実施形態においては、ＩＣＰ型コイルを用いてプラズマを生成した例を説明したが、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）、ヘリコン波プラズマ用コイル、マイクロ波等を用いてプラズマを生成することとしてもよい。また、高周波の周波数領域も、１３．５６ＭＨｚに限られるものではなく、１ＭＨｚ〜２０ＧＨｚの領域を用いてもよい。オリフィス電極４やグリッド電極５に印加する電圧も上述のものに限られるものではない。
【００３８】
【実施例】
上述した構成のエッチング装置を用いて、１５００Åの厚さのＳｉ膜が表面に形成された６インチの半導体基板のエッチング実験を行った。この実験においては、直径１０ｃｍ、長さ２５ｃｍのビーム生成室１内にＳＦ６ガスを導入し、ビーム生成室１の圧力を１Ｐａ、処理室２の圧力を０．１Ｐａとした。また、高周波電源２０によって５０μ秒周期の高周波電流をコイル１０に流すことでプラズマ３０を生成した。直流電源２５により−５０Ｖの電圧をオリフィス電極４に印加し、直流電源２６により−１００Ｖの電圧をグリッド電極５に印加して、多量の負イオンから中性粒子ビームを生成した。また、オリフィス電極４としては、開口率５０％、オリフィス径１ｍｍ、オリフィス長１０ｍｍのものを用いた。
【００３９】
その結果、エッチレートは３０００Å／ｍｉｎとなり、選択比は４００となり、良好な結果が得られた。このときの中性粒子ビームのエネルギー分布を調べたところ、図３に示すように、低エネルギーの中性粒子ビーム（約１０ｅＶ）によるエッチングが実現できたことが分かった。また、オリフィス電極４と半導体基板との間の距離に着目した場合に、オリフィス電極４と半導体基板との間の距離が２ｍｍ以上５０ｍｍ以下、特に２０ｍｍである場合に良好な結果が得られることが分かった。
【００４０】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【００４１】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、電荷を持たず大きな並進運動エネルギーを持つコリメートされた中性粒子ビームによって被処理物を加工することが可能となるので、チャージアップ量を小さく保ちつつ高精度のエッチングが可能となる。また、このコリメートされた中性粒子ビームが被処理物に照射されるため、被処理物の表面に側壁保護膜が形成されない場合であっても、高精度の加工を実現することができる。更に、５０ｅＶ以下の中性粒子ビームでは、レジストはほとんどスパッタされないため、高選択比の加工を実現することができる。ここで、ＲＩＥにおいて低エネルギーのイオンビームを照射して被処理物の加工を行った場合には、局所的なエッチング形状の異常であるノッチングが生じることがあるが、中性粒子ビームを用いるため、ノッチングの問題が生じることなく高アスペクト比の加工を行うことが可能となる。このように、本発明によれば、微細パターンに対して高精度の加工と高選択比の加工とを両立することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるエッチング装置の全体構成を示す図である。
【図２】図１に示すオリフィス電極を示す図である。
【図３】本発明の一実施例における中性粒子ビームのエネルギー分布を示すグラフである。
【図４】本発明に係るエッチング装置におけるオリフィス電極と被処理物との間の距離を説明するためのオリフィス電極の断面図である。
【符号の説明】
Ｘ 被処理物
１ ビーム生成室
２ 処理室
３ 真空チャンバ
４ オリフィス板（オリフィス電極）
５ グリッド電極
１０ コイル
１１ ガス導入ポート
１２ ガス供給配管
１３ ガス供給源
２０ 高周波電源
２１ 保持部
２２ ガス排出ポート
２３ ガス排出配管
２４ 真空ポンプ
２５，２６ 直流電源
３０ プラズマ
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子の製造等の微細加工に好適なエッチング方法及びエッチング装置に係り、特にプラズマ中に生成した正イオン又は負イオンを中性化した中性粒子ビームを用いて被処理物を加工するエッチング方法及びエッチング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路やマイクロマシーンなどの分野において、その加工パターンが著しく微細化され、高精度の加工が要求される。また、高アスペクト比の加工が要求される。かかる分野の加工においては、プラズマを用いたエッチング装置が広く採用されている。
【０００３】
このようなプラズマを用いたエッチング装置としては、正イオン、ラジカル粒子等を生成するＲＩＥ装置（リアクティブイオンエッチング装置）が知られている。このような正イオン、ラジカル粒子等を被処理物に照射することで、被処理物をエッチングすることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＲＩＥ装置を用いたエッチング加工における最大の問題は、高精度と高選択比を両立できないこととチャージアップによるエッチング形状異常である。ここで、選択比とは、エッチングにおいて、マスクや下地材料に対する被加工物のエッチング深さの比率をいう。即ち、被加工物がｘ（μｍ）削られるとき、被加工物を保護しているマスクがｙ（μｍ）削られる場合には、選択比ｓは、
ｓ＝ｘ／ｙ
で表される。この選択比が大きい程、マスクの損傷が少ないので、高アスペクト比のエッチングが可能となる。しかし、一般に選択比を高めるために、マスクや下地材料には堆積するが、被加工物をエッチングするようなガスの組合せが選択され、また、ラジカルが堆積して側壁保護膜も形成される。過剰に側壁保護膜が形成されると加工形状がテーパ状になり、寸法精度が劣化してしまう。ガスとしてＣｌ２にＯ２を添加したときのＳｉ／ＳｉＯ２の選択比は、せいぜい１００程度となっており、他の材料に比べると高い組合せであるが、０．１μｍ以下のデバイスでは３００以上の選択の高選択比、高精度化が要望されている。特に、下地ゲート酸化膜に対する高選択比と素子分離段差部での無残渣を同時に達成することが今後の課題とされている。
【０００５】
また、エッチング形状異常は、電子と正イオンの挙動の違いにより生じる。つまり、ノッチングは、微細なラインとスペースパターンのストライプの外面に面したラインの内側に発生する。低エネルギーのイオンでエッチングする際、微細パターン内部では、電子は基板の負のセルフバイアス電位で減速され、レジスト付近に捕捉されるが、イオンは加速されて下地の酸化膜まで達し、正にチャージアップする。一方、外周囲は電子もイオンも等量が入ってくるので中和されている。このため、微細パターンの内部と外部との間に電位差が発生し、イオンの軌道が曲がるためにノッチングが生じる。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、被処理物にチャージアップやエッチング形状異常を与えることなく、微細パターンに対して高精度の加工と高選択比の加工とを両立することができるエッチング方法及びエッチング装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような従来技術における問題点を解決するために、本発明の一態様は、ビーム生成室および処理室を有する真空チャンバと、上記処理室内に配置された被処理物を保持する保持部と、上記処理室の圧力を所定の値に維持するための真空ポンプと、高周波電源を備えたプラズマ生成部と、上記ビーム生成室内にプラズマを生成するためのガスを導入するガス導入ポートと、上記ビーム生成室と上記処理室との間に配置され、第１の直流電源に接続され、かつオリフィスが形成されたオリフィス電極と、上記ビーム生成室内に上記オリフィス電極に対して上流側に配置され、第２の直流電源に接続される電極と、を備えたエッチング装置を用いる被処理物のエッチング方法であって、上記真空ポンプを作動させて上記真空チャンバ内を真空排気する工程と、上記ガスを上記ガス導入ポートから上記ビーム生成室内に導入する工程と、上記高周波電源により高周波電界の印加と印加の停止を交互に繰り返すことで上記ビーム生成室内に負イオンを含むプラズマを生成する工程と、上記オリフィス電極と上記上流側に配置された電極に、上記第１の直流電源及び上記第２の直流電源により電圧をそれぞれ印加し、上記プラズマ中の上記負イオンを該オリフィス電極に向けて加速する工程と、上記負イオンが上記オリフィス電極のオリフィスを通過することで中性化されると共にコリメートされ、コリメートされた中性粒子ビームを生成する工程と、上記中性粒子ビームを上記被処理物に照射し被処理物をエッチングする工程とを有し、上記オリフィス電極と上記上流側に配置された電極にそれぞれ印加された電圧の電位差により、上記生成された中性粒子ビームのエネルギーを１０ｅＶ以上５０ｅＶ以下にすることを特徴とするエッチング方法である。
【０００８】
本発明によれば、電荷を持たず大きな並進運動エネルギーを持つコリメートされた中性粒子ビームによって被処理物を加工することが可能となるので、チャージアップ量を小さく保ちつつ高精度のエッチングが可能となる。また、このコリメートされた中性粒子ビームが被処理物に照射されるため、被処理物の表面に側壁保護膜が形成されない場合であっても、高精度の加工を実現することができる。更に、５０ｅＶ以下の低エネルギーの中性粒子ビームでは、レジストはほとんどスパッタされないため、高選択比の加工を実現することができる。ここで、ＲＩＥにおいて低エネルギーのイオンビームを照射して被処理物の加工を行った場合には、局所的なエッチング形状の異常であるノッチングが生じることがあるが、中性粒子ビームを用いるため、ノッチングの問題が生じることなく、高アスペクト比の加工を行うことが可能となる。このように、本発明によれば、微細パターンに対して高精度の加工と高選択比の加工とを両立することが可能となる。
【０００９】
ここで、上記中性粒子ビームのエネルギーを１０ｅＶ以上５０ｅＶ以下にすることが好ましい。このように低エネルギーの中性粒子ビームを用いることにより、高選択比の加工を実現することができる。例えば、Ｓｉエッチングを行う場合には、中性粒子ビームのエネルギーを５０ｅＶ以下とすることにより、ＳｉとＳｉＯ２のスパッタリング収率の比が増大して、選択比を高めることができる。
【００１０】
また、本発明の好ましい一態様は、負イオンを中性化することにより上記中性粒子ビームを生成することを特徴としている。この場合において、負イオン生成は、例えば、パルス変調プラズマを利用することで実現できる。
【００１１】
一般に、完全な中性粒子ビームを生成することは難しく、残留イオンビームが残る。ディフレクタでイオンを除去することはできるが、ビーム源と基板との間の距離が長くなり、また装置も複雑になる。正イオンが基板に照射されると基板はチャージアップするが、負イオンは正イオンの照射と比較して被処理物表面のチャージアップ電圧が低いことが知られている。従って、負イオンであれば残留イオンがあってもチャージアップ電圧は低い。よって、負イオンのみを選択的に引き出し中性化して、上記被処理物に照射することで、半導体素子の製造等の微細加工において、よりチャージアップダメージの少ない加工が可能となる。
【００１２】
また、本発明の好ましい一態様は、上記中性粒子ビームがフッ素原子又は塩素原子であることを特徴としている。従来のエッチング方法では、例えば、ＳＦ６などのフッ素に解離するガスを用いた場合には、フッ素がＳｉと熱励起で自発的に反応するため、等方的にエッチングが進み、加工精度が低くなるという問題がある。しかしながら、本発明によれば、コリメートされた中性粒子ビームを用いているので、フッ素の中性粒子ビームを用いた場合にも、ビームが側壁に衝突しにくく、側壁がエッチングされることを防止でき、反応性の高いガスを用いてエッチレートを高めることができる。また、上述したように、側壁保護膜がなくても高精度のエッチングが可能であるので、上記ガスは側壁保護膜を形成するための添加ガスを含む必要がない。
【００１３】
更に、本発明の好ましい一態様は、上記中性粒子ビームを生成するビーム生成室と上記被処理物が配置される処理室とを仕切り、上記処理室の圧力を上記ビーム生成室の圧力よりも低圧にすることを特徴としている。この場合において、上記処理室の圧力を０．１Ｐａ以下とすることが好ましい。
【００１４】
被処理物が配置される処理室の圧力を低くすることができれば、残留ガスやラジカルが基板に入射する確率が減り、コリメートされたビームで加工できるので、堆積膜の量が少なくなり高精度の加工を実現することが可能となるが、プラズマを生成するためには、低圧で放電できるＩＣＰ方式でも１Ｐａ程度の圧力が必要とされる。従って、上述のように、中性粒子ビームを生成するビーム生成室と被処理物が配置される処理室とを仕切ることで、処理室の圧力を低圧にして高精度の加工を実現することができる。
【００１５】
また、本発明の好ましい一態様は、オリフィスが形成されたオリフィス板を介して上記コリメートされた中性粒子ビームを生成することを特徴としている。
【００１６】
このように、オリフィスが形成されたオリフィス板を用いることによって、中性粒子ビームをコリメートすると同時にビーム生成室と上記処理室とを仕切ることが可能となる。また、生成されたプラズマと被処理物とは、このオリフィス板によって遮断されるので、プラズマから発生する放射光は被処理物に照射されず、被処理物に損傷を与えるような紫外線などの被処理物への影響を低減することができる。
【００１７】
ここで、上記オリフィスと上記被処理物との間の距離を２ｍｍ以上５０ｍｍ以下とすることが好ましい。このようにすると、０．１Ｐａ程度の圧力領域では、ビームの衝突がほとんど起きないため、被処理物に照射される中性粒子ビームの数が多くなり、またエッチレートを高めることができる。
【００１８】
より具体的には、オリフィス電極と被処理物との間の距離を２ｍｍ以下に近づけると、被処理物が均一にエッチングされず、オリフィス電極のオリフィスの真下に位置する領域では深くエッチングされ、オリフィス間に位置する領域ではほとんどエッチングされない。図４は、オリフィス電極の断面図であるが、実際の典型的なオリフィス電極の形状としては、オリフィス径ｄ＝１ｍｍ、オリフィス長Ｌ＝１０ｍｍ、ピッチｐ＝１．４ｍｍである。このようなオリフィス電極におけるビーム発散角θはｔａｎθ＝ｄ／Ｌであり、オリフィス電極と被処理物との間の距離が図４に示す距離ａより小さいと、ビームが照射されない領域が存在することとなる。ここで、距離ａは以下の式で表すことができる。
【数１】
【００１９】
一方、オリフィス電極と被処理物との間の距離を大きくしすぎると、ビームが衝突する確率が増える。平均自由行程λとすると、少なくとも距離ｘまでは他の分子に衝突することなく飛んでいく確率ｐ（ｘ）は、
ｐ（ｘ）＝ｅｘｐ（−ｘ／λ）
で表される。典型的なエッチング条件においては、加工室の圧力が０．１Ｐａであり、ビームの平均自由行程λは、λ＝５０×√２＝７０ｍｍとなる。従って、ｘ＝５０ｍｍとした場合には、ｐ（５０）＝４８．９％となり、約半数のビームが衝突してエネルギーと方向性を失ってしまう。このため、オリフィスと被処理物との間の距離を５０ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００２０】
また、本発明の他の一態様は、ビーム生成室および処理室を有する真空チャンバと、上記処理室内に配置された被処理物を保持する保持部と、上記処理室の圧力を所定の値に維持するための真空ポンプと、高周波電源を備え、高周波電界の印加と印加の停止を交互に繰り返すことで上記ビーム生成室内に負イオンを含むプラズマを生成するプラズマ生成部と、上記ビーム生成室内にプラズマを生成するためのガスを導入するガス導入ポートと、上記ビーム生成室と上記処理室との間に配置されたオリフィス電極と、上記ビーム生成室内に上記オリフィス電極に対して上流側に配置された電極と、上記オリフィス電極に接続された第１の直流電源と、上記上流側に配置された電極に接続された第２の直流電源とを備え、上記第１の直流電源及び上記第２の直流電源は、上記オリフィス電極と上記上流側に配置された電極との間に電圧を印加することで、上記プラズマ生成部により生成されたプラズマから上記負イオンを加速し、上記加速された負イオンを上記オリフィスを通過させることで該オリフィスにより中性化すると共にコリメートされた中性粒子ビームを生成し、かつ上記オリフィス電極と上記上流側に配置された電極にそれぞれ印加された電圧の電位差により、上記中性粒子ビームのエネルギーを１０ｅＶ以上５０ｅＶ以下にしたことを特徴とするエッチング装置である。
【００２１】
更に、本発明の好ましい一態様は、上記オリフィス電極と上記被処理物との間の距離を２ｍｍ以上５０ｍｍ以下にしたことを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るエッチング装置の一実施形態について図１及び図２を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態におけるエッチング装置の全体構成を示す図である。
【００２３】
図１に示すように、エッチング装置は、中性粒子ビームを生成するビーム生成室１と、半導体基板、ガラス、有機物、セラミックなどの被処理物Ｘが配置される処理室２とを有する円筒状の真空チャンバ３を備えている。この真空チャンバ３は、ビーム生成室１側が石英ガラス又はセラミックなどにより構成され、処理室２側が金属製のメタルチャンバなどにより構成されている。
【００２４】
ビーム生成室１の外周には誘導結合型のコイル１０が配置されている。このコイル１０は、例えば水冷パイプのコイルであり、８ｍｍφ程度の外径を有するコイルが２ターン程度ビーム生成室１に巻回されている。このコイル１０は高周波電源２０に接続されており、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波電圧がコイル１０に印加される。これらのコイル１０と高周波電源２０とによってプラズマ生成部が構成されている。コイル１０に高周波電流を流すことで誘導磁場を生じさせ、磁界の時間変化が電界を誘導し、その電界で電子が加速されてプラズマ３０が生成される。
【００２５】
ビーム生成室１の上部には、ガスを導入するガス導入ポート１１が設けられており、このガス導入ポート１１はガス供給配管１２を介してガス供給源１３に接続されている。このガス供給源１３からはＳＦ６，ＣＨＦ３，ＣＦ４，Ｃｌ２，Ａｒ，Ｏ２，Ｎ２，Ｃ４Ｆ８等などのガスが真空チャンバ３内に供給される。
【００２６】
処理室２には、被処理物Ｘを保持する保持部２１が配置されており、この保持部２１の上面に被処理物Ｘが載置されている。処理室２にはガスを排出するためのガス排出ポート２２が設けられており、このガス排出ポート２２はガス排出配管２３を介して真空ポンプ２４に接続されている。この真空ポンプ２４によって処理室２は所定の圧力に維持される。
【００２７】
ビーム生成室１の下端には、グラファイトなどの導電体で形成されたオリフィス板（オリフィス電極）４が配置されており、このオリフィス電極４は直流電源２５に接続されている。図２（ａ）は、オリフィス電極４の斜視図、図２（ｂ）は部分縦断面図である。図２（ａ）に示すように、オリフィス電極４には多数のオリフィス４ａが形成されている。典型的なオリフィス電極４は、オリフィス径１ｍｍ、オリフィス長１０ｍｍ、ピッチ１．４ｍｍ間隔で多数のオリフィス４ａを配列している。このように、オリフィス電極４によってビーム生成室１と処理室２とを仕切ることができるので、真空ポンプ２４によって処理室２の圧力をビーム生成室１の圧力よりも低くすることが可能となる。
【００２８】
また、ビーム生成室１の上端には、同様に導電体で形成された薄板グリッド状のグリッド電極５が配置されている。このグリッド電極５は直流電源２６に接続されている。なお、グリッド電極５はメッシュ網やパンチングメタルなどであってもよく、あるいは穴のない金属板であってもよい。上述した直流電源２５と直流電源２６とによって、オリフィス電極４とグリッド電極５との間に電圧を印加する電圧印加部が構成されている。
【００２９】
次に、本実施形態におけるエッチング装置の動作について説明する。
まず、真空ポンプ２４を作動させることにより、真空チャンバ３内を真空排気した後に、ガス供給源１３からＳＦ６，ＣＨＦ３，ＣＦ４，Ｃｌ２，Ａｒ，Ｏ２，Ｎ２，Ｃ４Ｆ８等などのガスをビーム生成室１の内部に導入する。そして、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を高周波電源２０によって５０μ秒間コイル１０に印加する。この高周波電圧の印加によってビーム生成室１内には高周波電界が形成される。真空チャンバ３内に導入されたガスは、この高周波電界によって加速された電子により電離され、ビーム生成室１内に高密度プラズマ３０が生成される。このときに形成されるプラズマ３０は、主として正イオンと加熱された電子とからなるプラズマである。
【００３０】
そして、高周波電源２０による高周波電圧の印加を５０μ秒間停止する。高周波電源２０による高周波電圧の印加の停止後は、再び高周波電源２０による５０μ秒間の高周波電圧の印加によってビーム生成室１内においてプラズマ中の電子が加熱され、上述したサイクルが繰り返される。即ち、高周波電界の印加（５０μ秒間）と印加の停止（５０μ秒間）を交互に繰り返す。この高周波電界の印加停止時間（５０μ秒間）は、プラズマ３０中の電子が残留している処理ガスに付着して負イオンが生成されるのに要する時間よりも十分に長く、且つプラズマ３０中の電子密度が低下してプラズマが消滅するよりも十分に短い時間である。高周波電界の印加時間（５０μ秒間）は、この高周波電界の印加を停止している間に低下したプラズマ３０中の電子のエネルギーを回復させるのに十分な時間である。
【００３１】
このプラズマ３０中の電子のエネルギーを高めた後の高周波電界の印加停止により、負イオンを効率よく且つ継続して生成することができる。即ち、通常のプラズマは正イオンと電子とからなる場合が多いが、正イオンと共に負イオンが共存した状態のプラズマを効率的に形成することができる。なお、ここでは、高周波電界の印加停止時間を５０μ秒に設定する例について述べたが、５０μ秒乃至１００μ秒に設定することで、プラズマ中に正イオンのみならず負イオンを多量に生成することができる。
【００３２】
ここで、直流電源２５により−５０Ｖの電圧をオリフィス板４に印加すると共に、直流電源２６により−１００Ｖの電圧をグリッド電極５に印加する。これによって、オリフィス電極４とグリッド電極５との間に、オリフィス電極４を陽極、グリッド電極５を陰極とした電位差が生じる。従って、ビーム生成室１内の負イオン６（図２（ｂ）参照）は、この電位差によってオリフィス電極４に向けて加速され、オリフィス電極４に形成されたオリフィス４ａに入っていく。このとき、オリフィス電極４のオリフィス４ａの内部を通過する負イオンは、主として、オリフィス４ａの周壁の固体表面近傍において中性化され、あるいは、オリフィス４ａの内部に残留しているガスとの電荷交換によって中性化され、中性粒子７となる。
【００３３】
このようにして、オリフィス４ａの通過中に中性化された負イオン（中性粒子）は、エネルギービームとして処理室２の内部に放射される。この中性粒子７は、処理室２の内部を直進して保持部２１に載置された被処理物Ｘに照射され、この中性粒子７によってエッチングを行うことが可能となる。
【００３４】
この場合において、オリフィス電極を用いることによって、イオンを中性化することができるだけではなく、中性粒子ビームをコリメートすることができ、更にビーム生成室１と処理室２とを仕切ることが可能となる。中性粒子ビームをコリメートすることで、高精度の加工を実現することができる。また、ビーム生成室１と処理室２とを仕切ることで、処理室２の圧力をビーム生成室１の圧力よりも低圧にして高精度の加工を実現することができる。また、プラズマから発生する放射光が被処理物に照射されるのを防止することもできる。即ち、プラズマが生成されるビーム生成室１と被処理物Ｘとはオリフィス電極４によって遮断されているので、プラズマから発生する放射光は被処理物Ｘに照射されず、被処理物Ｘに損傷を与えるような紫外線などの被処理物Ｘへの影響を低減することができる。
【００３５】
なお、一部の荷電粒子もオリフィス電極４のオリフィス４ａを通過する場合があるが、このような荷電粒子が被処理物Ｘに照射されることを防止するために、オリフィス電極４の下流側にディフレクタや電子トラップを設けることとしてもよい。ディフレクタは、ビーム進行方向と垂直に電圧を印加することによって荷電粒子の進行方向を変化させて、荷電粒子の被処理物Ｘへの照射を防止するものである。また、電子トラップは、ビーム進行方向と垂直に１００ガウス程度の磁界を形成することによって電子の進行方向を変化させて、電子の被処理物Ｘへの照射を防止するものである。
【００３６】
ガラスやセラミック材料等の絶縁物の加工に際しては、表面にチャージアップという問題が生じるが、このように中性化された中性粒子を照射することによりチャージアップ量を小さく保ちながら、高精度のエッチングや成膜加工が可能となる。なお、被処理物の処理の内容に応じてガスの種類を使い分ければよく、ドライエッチングでは被処理物の違いに応じて酸素やハロゲンガスなどを使い分けることができる。
【００３７】
なお、上述した実施形態においては、ＩＣＰ型コイルを用いてプラズマを生成した例を説明したが、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）、ヘリコン波プラズマ用コイル、マイクロ波等を用いてプラズマを生成することとしてもよい。また、高周波の周波数領域も、１３．５６ＭＨｚに限られるものではなく、１ＭＨｚ〜２０ＧＨｚの領域を用いてもよい。オリフィス電極４やグリッド電極５に印加する電圧も上述のものに限られるものではない。
【００３８】
【実施例】
上述した構成のエッチング装置を用いて、１５００Åの厚さのＳｉ膜が表面に形成された６インチの半導体基板のエッチング実験を行った。この実験においては、直径１０ｃｍ、長さ２５ｃｍのビーム生成室１内にＳＦ６ガスを導入し、ビーム生成室１の圧力を１Ｐａ、処理室２の圧力を０．１Ｐａとした。また、高周波電源２０によって５０μ秒周期の高周波電流をコイル１０に流すことでプラズマ３０を生成した。直流電源２５により−５０Ｖの電圧をオリフィス電極４に印加し、直流電源２６により−１００Ｖの電圧をグリッド電極５に印加して、多量の負イオンから中性粒子ビームを生成した。また、オリフィス電極４としては、開口率５０％、オリフィス径１ｍｍ、オリフィス長１０ｍｍのものを用いた。
【００３９】
その結果、エッチレートは３０００Å／ｍｉｎとなり、選択比は４００となり、良好な結果が得られた。このときの中性粒子ビームのエネルギー分布を調べたところ、図３に示すように、低エネルギーの中性粒子ビーム（約１０ｅＶ）によるエッチングが実現できたことが分かった。また、オリフィス電極４と半導体基板との間の距離に着目した場合に、オリフィス電極４と半導体基板との間の距離が２ｍｍ以上５０ｍｍ以下、特に２０ｍｍである場合に良好な結果が得られることが分かった。
【００４０】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【００４１】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、電荷を持たず大きな並進運動エネルギーを持つコリメートされた中性粒子ビームによって被処理物を加工することが可能となるので、チャージアップ量を小さく保ちつつ高精度のエッチングが可能となる。また、このコリメートされた中性粒子ビームが被処理物に照射されるため、被処理物の表面に側壁保護膜が形成されない場合であっても、高精度の加工を実現することができる。更に、５０ｅＶ以下の中性粒子ビームでは、レジストはほとんどスパッタされないため、高選択比の加工を実現することができる。ここで、ＲＩＥにおいて低エネルギーのイオンビームを照射して被処理物の加工を行った場合には、局所的なエッチング形状の異常であるノッチングが生じることがあるが、中性粒子ビームを用いるため、ノッチングの問題が生じることなく高アスペクト比の加工を行うことが可能となる。このように、本発明によれば、微細パターンに対して高精度の加工と高選択比の加工とを両立することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるエッチング装置の全体構成を示す図である。
【図２】図１に示すオリフィス電極を示す図である。
【図３】本発明の一実施例における中性粒子ビームのエネルギー分布を示すグラフである。
【図４】本発明に係るエッチング装置におけるオリフィス電極と被処理物との間の距離を説明するためのオリフィス電極の断面図である。
【符号の説明】
Ｘ 被処理物
１ ビーム生成室
２ 処理室
３ 真空チャンバ
４ オリフィス板（オリフィス電極）
５ グリッド電極
１０ コイル
１１ ガス導入ポート
１２ ガス供給配管
１３ ガス供給源
２０ 高周波電源
２１ 保持部
２２ ガス排出ポート
２３ ガス排出配管
２４ 真空ポンプ
２５，２６ 直流電源
３０ プラズマ
Claims (9)
- ビーム生成室および処理室を有する真空チャンバと、
前記処理室内に配置された被処理物を保持する保持部と、
前記処理室の圧力を所定の値に維持するための真空ポンプと、
高周波電源を備えたプラズマ生成部と、
前記ビーム生成室内にプラズマを生成するためのガスを導入するガス導入ポートと、
前記ビーム生成室と前記処理室との間に配置され、第１の直流電源に接続され、かつオリフィスが形成されたオリフィス電極と、
前記ビーム生成室内に前記オリフィス電極に対して上流側に配置され、第２の直流電源に接続される電極と、
を備えたエッチング装置を用いる被処理物のエッチング方法であって、
前記真空ポンプを作動させて前記真空チャンバ内を真空排気する工程と、
前記ガスを前記ガス導入ポートから前記ビーム生成室内に導入する工程と、
前記高周波電源により高周波電界の印加と印加の停止を交互に繰り返すことで前記ビーム生成室内に負イオンを含むプラズマを生成する工程と、
前記オリフィス電極と前記上流側に配置された電極に、前記第１の直流電源及び前記第２の直流電源により電圧をそれぞれ印加し、前記プラズマ中の前記負イオンを該オリフィス電極に向けて加速する工程と、
前記負イオンが前記オリフィス電極のオリフィスを通過することで中性化されると共にコリメートされ、コリメートされた中性粒子ビームを生成する工程と、
前記中性粒子ビームを前記被処理物に照射し被処理物をエッチングする工程とを有し、
前記オリフィス電極と前記上流側に配置された電極にそれぞれ印加された電圧の電位差により、前記生成された中性粒子ビームのエネルギーを１０ｅＶ以上５０ｅＶ以下にすることを特徴とするエッチング方法。 - 前記中性粒子ビームはフッ素原子および塩素原子の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
- 前記真空ポンプにより前記処理室の圧力を前記ビーム生成室の圧力よりも低圧にすることを特徴とする請求項１または２に記載のエッチング方法。
- 前記処理室の圧力を０．１Ｐａ以下とし、かつ前記オリフィス電極と前記被処理物との間の距離を２ｍｍ以上５０ｍｍ以下にしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のエッチング方法。
- 前記被処理物は、下地材料を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のエッチング方法。
- 前記被処理物は、下地ゲート酸化膜が形成されたＳｉであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のエッチング方法。
- 前記ビーム生成室内に導入するガスはＳＦ６であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のエッチング方法。
- ビーム生成室および処理室を有する真空チャンバと、
前記処理室内に配置された被処理物を保持する保持部と、
前記処理室の圧力を所定の値に維持するための真空ポンプと、
高周波電源を備え、高周波電界の印加と印加の停止を交互に繰り返すことで前記ビーム生成室内に負イオンを含むプラズマを生成するプラズマ生成部と、
前記ビーム生成室内にプラズマを生成するためのガスを導入するガス導入ポートと、
前記ビーム生成室と前記処理室との間に配置されたオリフィス電極と、
前記ビーム生成室内に前記オリフィス電極に対して上流側に配置された電極と、
前記オリフィス電極に接続された第１の直流電源と、
前記上流側に配置された電極に接続された第２の直流電源とを備え、
前記第１の直流電源及び前記第２の直流電源は、前記オリフィス電極と前記上流側に配置された電極との間に電圧を印加することで、前記プラズマ生成部により生成されたプラズマから前記負イオンを加速し、前記加速された負イオンを前記オリフィスを通過させることで該オリフィスにより中性化すると共にコリメートされた中性粒子ビームを生成し、かつ前記オリフィス電極と前記上流側に配置された電極にそれぞれ印加された電圧の電位差により、前記中性粒子ビームのエネルギーを１０ｅＶ以上５０ｅＶ以下にしたことを特徴とするエッチング装置。 - 前記処理室の圧力を０．１Ｐａ以下とし、かつ前記オリフィス電極と前記被処理物との間の距離を２ｍｍ以上５０ｍｍ以下にしたことを特徴とする請求項８に記載のエッチング装置。
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